(57)【要約】【課題】  選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段を、冷凍サイクル中に設けた場合、いずれの温度帯においても、その効率を落とすことなく高効率の運転を可能にした冷凍装置を提供する。【解決手段】  圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、気液分離器４を備え、この気液分離器４で分離されたガス冷媒を圧縮機１の中間圧部に導入可能な手段５を備えると共に、気液分離器で分離された液冷媒を循環させる低圧側回路９を備え、この低圧側回路９には選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段１０を備え、この吸熱手段１０を高い温度帯で機能させる場合には、気液分離器４で分離されたガス冷媒の圧縮機１の中間圧部への導入を禁止する禁止手段９１を備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧装置、気液分離器を備え、この気液分離器で分離されたガス冷媒を前記圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備えると共に、前記気液分離器で分離された液冷媒を循環させる低圧側回路を備え、この低圧側回路には選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段を備え、この吸熱手段を高い温度帯で機能させる場合には、前記気液分離器で分離されたガス冷媒の前記圧縮機の中間圧部への導入を禁止する禁止手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記禁止手段が開閉弁で構成されることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記吸熱手段が互いに異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、夫々の吸熱器が選択的に機能し、当該吸熱器を経た冷風を、夫々対応する温度帯に制御される室に導く手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記吸熱器が夫々対応する温度帯に制御される室に設置されていることを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記吸熱手段が選択的に異なる温度帯で機能する一つの吸熱器を備え、この吸熱器を経た冷風を、夫々異なる温度帯に制御される複数の室に切換ダンパを介して選択的に導く手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記吸熱器が低い温度帯に制御される室に設置されていることを特徴とする請求項５記載の冷凍装置。
【請求項７】
運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備える冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮機、放熱器、減圧装置、気液分離器を備え、この気液分離器で分離されたガス冷媒を、上記圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備える冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。この種の冷凍装置では、上記気液分離器で分離されたガス冷媒を、ガスの状態のまま、上記圧縮機の中間圧部に導入するため、当該圧縮機における効率を向上させることができるといった効果が得られる。
【特許文献１】特開２００３−１０６６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の従来の冷凍装置において、冷凍サイクル中に選択的に異なる温度帯で機能する吸熱器を含む吸熱手段を設ける場合がある。
【０００４】
例えば、これを冷蔵室、冷凍室を備える冷蔵庫に適用する場合、冷凍サイクル中に冷蔵用、或いは冷凍用として機能する吸熱器を配置し、いずれか一の吸熱器の機能を利用して冷蔵、或いは冷凍運転を行うことになるが、この場合には、いずれの運転時にも、その効率を落とすことなく高効率で運転することが重要になる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段を、冷凍サイクル中に設けた場合、いずれの温度帯においても、その効率を落とすことなく高効率の運転を可能にした冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、気液分離器を備え、この気液分離器で分離されたガス冷媒を前記圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備えると共に、前記気液分離器で分離された液冷媒を循環させる低圧側回路を備え、この低圧側回路には選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段を備え、この吸熱手段を高い温度帯で機能させる場合には、前記気液分離器で分離されたガス冷媒の前記圧縮機の中間圧部への導入を禁止する禁止手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、前記禁止手段が開閉弁で構成されていてもよい。また、前記吸熱手段が互いに異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、夫々の吸熱器が選択的に機能し、当該吸熱器を経た冷風を、夫々対応する温度帯に制御される室に導く手段を備えていてもよい。前記吸熱器が夫々対応する温度帯に制御される室に設置されていてもよい。前記吸熱手段が選択的に異なる温度帯で機能する一つの吸熱器を備え、この吸熱器を経た冷風を、夫々異なる温度帯に制御される複数の室に切換ダンパを介して選択的に導く手段を備えていてもよい。前記吸熱器が低い温度帯に制御される室に設置されていてもよい。すべての場合において、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段を、液冷媒を循環させる低圧側回路に備え、この吸熱手段を高い温度帯で機能させる場合には、気液分離器で分離されたガス冷媒の圧縮機の中間圧部への導入を禁止する禁止手段を備えたため、夫々の温度帯において、高効率の運転が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態を示す冷媒回路図である。この冷凍装置３０は、圧縮機１、放熱器２、第１膨張弁（減圧装置）３、並びに気液分離器４を順に備えて構成される。この圧縮機１から、放熱器２を経て第１膨張弁３の入口に至るまでの冷媒回路が高圧側回路を構成する。上記圧縮機１は２段圧縮機であり、１段圧縮部１Ａと、２段圧縮部１Ｂとを含み、１段圧縮部１Ａと、２段圧縮部１Ｂとの間に中間冷却器１Ｃを備える。８は逆止弁である。また、この冷凍装置３０は、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部に導入可能な手段５を備える。本構成では、中間圧部は、中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間である。ここでの圧縮機１は、２段圧縮機に限定するものではなく、それが、例えば、１段圧縮機であれば、導入手段５は、１段圧縮機の中間圧部に戻すものであればよい。この導入手段５はガス管６と、このガス管６に設けられた開閉弁９１とで構成される。従って、開閉弁９１の開閉によって、ガス冷媒の中間圧部への導入が開始され、或いは停止される。
【００１１】
また、この冷凍装置３０は、気液分離器４で分離された液冷媒を循環させるための低圧側回路９が設けられ、この低圧側回路９には、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段１０が設けられる。この吸熱手段１０は、第２膨張弁１１と、一つの吸熱器１４とを備えて構成される。この第２膨張弁１１の弁開度を制御することにより、一つの吸熱器１４における蒸発圧力が制御される。ここでの蒸発圧力が上昇すれば、吸熱器１４での蒸発温度が高くなり、冷蔵運転となる。また、ここでの蒸発圧力が低下すれば、吸熱器１４での蒸発温度が低くなり、冷凍運転となる。この吸熱器１４を経た冷媒は、逆止弁８を経て、圧縮機１の吸込部に戻される。
【００１２】
本実施形態では、吸熱器１４を経た冷風を、夫々異なる温度帯に制御される複数の室（冷蔵室２１、冷凍室２２）に選択的に導く手段２３を備えて構成される。この手段２３は、送風ダクト２４、並びに切換ダンパ２５を含み、この切換ダンパ２５には、冷蔵、冷凍運転を切り換えるコントローラ２６が接続されている。このコントローラ２６は、膨張弁３，１１と開閉弁９１にも接続されており、例えば、冷凍室２２の負荷が増大した場合、切換ダンパ２５を、図示の位置に倒し、冷風を、冷凍室２２に導く（冷凍運転）。この冷凍運転時には、開閉弁９１を開いて、破線矢印で示すように、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部に導入する。また、冷蔵室２１の負荷が増大した場合、切換ダンパ２５を、図示の位置と反対の位置に倒し、冷風を、冷蔵室２１に導く（冷蔵運転）。この冷蔵運転時には、開閉弁９１を閉じ、圧縮機１の中間圧部へのガス冷媒の導入を禁止する。開閉弁９１は禁止手段を構成する。
【００１３】
上述した冷媒回路内には、夏場で、外気温度が３０℃以上になった場合、或いは、負荷が大きくなった場合等の条件によって、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒、例えば、二酸化炭素冷媒が封入されている。高圧側回路内が超臨界圧力で運転される冷媒には、ほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。
【００１４】
上記構成において、気液分離器４で分離されたガス冷媒は、これを低圧側回路９に循環させたとしても、冷却に使用することができず、これを１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻すことは、冷凍サイクルの効率を低下させる。
【００１５】
そこで、ガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部に導入することになるが、本実施形態では、上述したコントローラ２６による制御に基づいて、当該ガス冷媒を、温度帯の低い冷凍運転時には、圧縮機１の中間圧部に導入する一方で、温度帯の高い冷蔵運転時には、その中間圧部へのガス冷媒の導入を禁止する。
【００１６】
図２は、冷蔵、冷凍運転に係わらず、共に、ガス冷媒を圧縮機１の第１中間圧部Ｘに導入した場合における、２段圧縮２段膨張サイクルを示すｐｈ線図である。
【００１７】
図２において、冷凍運転時（冷凍−２６℃付近）には、実線で示すサイクルが形成される。（１）は、１段圧縮部１Ａの吸い込み、（２）は、１段圧縮部１Ａの吐出、（３）は、中間冷却器１Ｃの出口であり、２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（４）は、２段圧縮部１Ａの吐出である。圧縮機１から吐出された冷媒は、放熱器２を通って循環し冷却される。（５）は、第１膨張弁３の入口、（６）は、第１膨張弁３の出口であり、この状態では、ガス／液体の２相混合体になる。
【００１８】
ここでのガスと液体の比率は、Ｌ１（ガス）の線分の長さと、Ｌ２（液体）の線分の長さとの比に相当する。この冷媒は２相混合体の状態で気液分離器４に入る。そして、ここで分離されたガス冷媒は、圧縮機１の中間圧部、即ち、中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入される。（２１）は、気液分離器４の出口であり、ここを経た冷媒は、（３）の２段圧縮部１Ｂの吸い込みに至り、２段圧縮部１Ｂで圧縮される。一方、気液分離器４で分離された液冷媒は低圧側回路９を循環する。（７）は、気液分離器４の出口であり、第２膨張弁１１の入口、（８）は、第２膨張弁１１の出口、（２２）は、吸熱器１４の出口である。この吸熱器１４に入った液冷媒は、蒸発して熱を吸収する。（１）は、１段圧縮部１Ａの吸い込みである。
【００１９】
これに対し、冷蔵運転時（冷蔵−５℃付近）には、破線で示すサイクルが形成される。即ち、（９）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（１０）１段圧縮部１Ａの吐出、（１１）中間冷却器１Ｃの出口であり、２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（１２）２段圧縮部１Ｂの吐出、（５）第１膨張弁３の入口、（１３）第１膨張弁３の出口、（１４）気液分離器４の出口であり、第２膨張弁１１の入口、（１５）第２膨張弁１１の出口、（９）１段圧縮部１Ａの吸い込み、の順に状態が変化する。
【００２０】
ところで、図２を参照すると、破線のサイクル（冷蔵運転時）での、第１膨張弁３の出口の圧力（１３）は、実線のサイクル（冷凍運転時）での、第１膨張弁３の出口の圧力（６）に比べ、かなり高くなる。第１膨張弁３の出口の圧力が高くなると、気液分離器４に入る前の冷媒中のガス分が少なくなる。上述したように、気液分離器４の入口でのガスと液体との比率は、Ｌ１（ガス）とＬ２（液体）の比、或いはＬ３（ガス）とＬ４（液体）の比に相当するからである。これに従うと、実線のサイクル時（冷凍運転時）には、かなりの量のガス冷媒が、圧縮機１の中間圧部に導入されるが、破線のサイクル時（冷蔵運転時）には、導入されるガス冷媒量がわずかになる。
【００２１】
即ち、冷凍運転時には、圧縮機１の中間圧部に導入されるガスの冷媒量が多くなり、冷却に寄与しないガス分を低圧回路９に循環させない分だけ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。特に、本構成では、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、気液分離器４で分離されるガス及び液体の比率において、フロン系冷媒に比べ、ガス分が多くなり、その多くのガス分を、圧縮機１の中間圧部に導入することで、より高い効率向上が図られる。これに対して、温度帯の高い冷蔵運転時には、圧縮機１の中間圧部に導入される、ガス冷媒の発生量（Ｌ３）自体が少なくなるため、仮に、そこにガス冷媒を導入させる構成にしたとしても、例えば、配管構成等が複雑化するだけで、それほど圧縮機１の圧縮効率を向上させることができない。
【００２２】
本実施形態では、より効果の高い冷凍運転時に限って、ガス冷媒を圧縮機１の中間圧部に導入する一方で、温度帯の高い冷蔵運転時には、その中間圧部へのガス冷媒の導入を禁止する構成としたため、簡単な配管構成で、しかも簡単な制御によって、可変サイクルが実現され、圧縮機１の効率向上が図られる。
【００２３】
また、本実施形態では、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段１０の全て、即ち、第２膨張弁１１、及び吸熱器１４が、低圧側回路９に設けられているため、例えば、冷蔵運転を行う場合も、或いは冷凍運転を行う場合も、その効率を落とすことなく、きわめて高効率な運転を行うことが可能になる。
【００２４】
図３は、冷蔵庫への適用例を示す。
【００２５】
この冷蔵庫４０は、上段に冷蔵室４１を備え、下段に冷凍室４２を備えて構成されている。この冷凍室４２の奥部には、庫内仕切り壁４３が設けられ、この庫内仕切り壁４３で仕切られた風路４４内には、上述した吸熱器１４が設置されている。上記風路４４の入口Ａには、第１切換ダンパ４５が配置され、この第１切換ダンパ４５は、風路４４の入口Ａを閉じる位置（破線位置）と、開く位置（実線位置）との間において切り換えられる。また、冷蔵庫４０の背壁４７には、背側風路４６が形成され、第１切換ダンパ４５が、破線位置に切り換えられた場合、この背側風路４６を介して、風路４４の入口Ａと冷蔵室４１とが連通する。また、上記風路４４の出口Ｂには、ファン４８と第２切換ダンパ４９が配置され、この第２切換ダンパ４９は、風路４４の出口Ｂを閉じる位置（破線位置）と、開く位置（実線位置）との間で切り換えられ、この実線位置では、第２切換ダンパ４９が中間仕切り壁５０の開口５１を塞ぐ。
【００２６】
上記構成では、冷凍運転中において、圧縮機１がオンし、ファン４８がオンし、開閉弁９１が開かれ、各ダンパ４５，４９が実線位置に切り換えられる。これによって、冷凍室４２内の空気が吸熱器１４を循環し、冷凍室４２に供給される。冷蔵運転中には、開閉弁９１が閉じられ、各ダンパ４５，４９が破線位置に切り換えられる。これによって、冷蔵室４１内の空気が、背側風路４６を介して風路４４に入り、吸熱器１４を循環し、冷蔵室４１に供給される。
【００２７】
図４は、別の構成を示す。図３と比較した場合、風路４４の出入口におけるダンパ構成が相違する。入口Ａのダンパが、２つのダンパ１４５Ａ，１４５Ｂで構成され、出口Ｂのダンパが、２つのダンパ１４９Ａ，１４９Ｂで構成される。本構成であっても、略同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
図５は、別の冷媒回路の構成を示す。
【００２９】
本構成では、図１と比較した場合、吸熱手段１０の構成が相違している。この吸熱手段１０は、三方弁１１と、第１キャピラリーチューブ１２と、第１キャピラリーチューブ１２に直列に設けられた冷蔵用の吸熱器５７と、これらと並列に設けられた第２キャピラリーチューブ１３と、第２キャピラリーチューブ１３に直列に設けられた冷凍用の吸熱器５８とを備えて構成される。５９は逆止弁である。三方弁１１の切り換えによって、第１キャピラリーチューブ１２に冷媒が流れると、一つの吸熱器１４に流れる流量が増し、冷蔵運転が行われる。また、第２キャピラリーチューブ１３に冷媒が流れると、一つの吸熱器１４に流れる流量が減り、冷凍運転が行われる。
【００３０】
図６は、冷蔵庫への適用例を示す。
【００３１】
この冷蔵庫４０は、上段に冷蔵室４１を備え、下段に冷凍室４２を備えて構成されている。そして、各室４１，４２の奥部には、夫々庫内仕切り壁６１，６２が設けられ、この庫内仕切り壁６１，６２で仕切られた風路４４内には、上述した吸熱器５７，５８、並びにファン６３，６４が設置されている。本構成では、冷蔵運転、及び冷凍運転のサーモオン、サーモオフに従い、三方弁１１を切り換えて、いずれか一方の吸熱器５７，５８に冷媒を流し、それに対応したファン６２，６３を駆動する。
【００３２】
図７は、別の構成を示す。図６と比較した場合、吸熱手段１０の構成が相違する。この吸熱手段１０は、三方弁が省略される一方で、各キャピラリーチューブ１２，１３に直列に電動弁６５，６６が接続される。本構成では、冷蔵運転、及び冷凍運転のサーモオン、サーモオフに従い、上記電動弁６５，６６をオン、又はオフさせ、いずれか一方の吸熱器５７，５８に選択的に冷媒を流すと共に、それに対応したファン６２，６３を駆動する。これら実施形態でも、略同様の作用効果が得られる。
【００３３】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。上記実施形態では、禁止手段を開閉弁９１で構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、冷凍運転時に、ガス分を圧縮機１の中間圧部に導入し、冷蔵運転時には、その導入を禁止することが可能であれば、逆止弁等を組み合わせて形成した回路構成であってもよい。また、上記実施形態では、冷媒回路中に二酸化炭素冷媒を封入しているが、これに限定されるものではなく、それ以外のフロン系冷媒等を封入したものにも適用可能なことは云うまでもない。さらに、上記導入手段５は、その運転状況に応じて、ガス分を圧縮機１の中間圧部に導入できればよく、その具体的構成、並びに、その導入位置は任意である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図２】冷凍サイクルのエンタルピ・圧力線図である。
【図３】冷蔵庫への適用例を示す図である。
【図４】冷蔵庫への適用例を示す図である。
【図５】別の実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図６】冷蔵庫への適用例を示す図である。
【図７】冷蔵庫への適用例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  圧縮機
２  放熱器
３  減圧装置
４  気液分離器
５  導入手段
６  ガス管
１０  吸熱手段
１４  吸熱器
２１  冷蔵室
２２  冷凍室
２５  切換ダンパ
３０  冷凍装置
９１  開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005265317.tif 000008
【図７】
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